Современная электроника №2/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2024 монстрировали максимумы спектра поглощения с длинами волн 3715 Å и 3823 Å. Таким образом , отчётливо вид - но , что максимумы спектров поглоще - ния смещаются к фиолетовой области по мере уменьшения радиуса шаро - образных микрокристаллов CuCl. Оптическая плотность на рис . 6 для максимальных значений образцов с радиусом 310 Å, 100 Å, 25 Å составляет соответственно 2,9 OD, 1,8 OD и 0,8 OD ( округлённо ). В этих экспериментах Алексей Еки - мов вместе со своими сотрудника - ми получили уникальный резуль - тат , достойный Нобелевской премии , заключающийся в том , что длины волн света , соответствующие макси - муму экситонного поглощения , зави - сели от среднего радиуса микрокри - сталлов CuCl в стеклянной матрице . Поскольку это крайне важный момент , обнаруженный Алексеем Екимовым , целесообразно пояснить смысл этого « экситонного поглоще - ния ». Экситон в энергетическом поня - тии квантовой механики характеризу - ет электронное возбуждение (excito), мигрирующее по кристаллу и не свя - занное с переносом электрического заряда и массы . В этом плане экси - тон представляет собой нечто наподо - бие связанного состояния электрона и дырки . Это чисто условное понятие квантовой механики , введённое рос - сийским физиком Яковом Френкелем в 1931 году для того , чтобы упростить Рис . 7. Зоны проводимости в макрообъекте (Bulk) и в полупроводниковых микрокристаллах (Q-Dot) [30] описание сложных процессов перено - са заряда в кристаллических структу - рах [29]. В процессе экситонного поглощения электрон и дырка переходят в возбуж - дённое состояние , но остаются связан - ными друг с другом за счёт кулонов - ского взаимодействия . Как отмечалось выше , Алексей Еки - мов , являясь высококвалифицирован - ным физиком , знающим предысторию квантовых материалов , провёл серию экспериментов , позволивших оценить функциональную зависимость спек - трального положения линий экситон - ного поглощения от среднего радиуса полученных шарообразных микрокри - сталлов CuCl. Как оказалось , величина коротко - волнового сдвига максимума в спек - тре поглощения обратно пропорцио - нальна радиусу микрокристалла . Чем больше радиус микрокристалла , тем меньше сдвиг максимума спектра в фиолетовую область . В самом грубом приближении этот эффект можно объяснить , используя простейшую модель переноса заряда в полупроводниках , получившую назва - ние «Particle in Box – PiB» ( частица в потенциальной яме ) [29]. В тех случаях , когда электрон заклю - чён внутри микроскопического шарика (Box) с радиусом R, сравнимым с дли - ной волны де Бройля , согласно модели PiB, его разрешённые энергетические уровни ограничиваются собственны - ми состояниями волновой функции , зависящими от R. При этом расстоя - ние между уровнями обратно пропор - ционально квадрату радиуса . В полупроводниковом микрокри - сталле электроны ( экситоны ) оказыва - ются запертыми в потенциальной яме , « стенками » которой служит поверх - ность микрокристалла ( рис . 7). В массивном полупроводнике элек - тронные уровни атомов образуют валентную зону (VB) и зону проводи - мости (CB). При уменьшении размеров микрокристаллов количество атомов в них уменьшается , что обусловлива - ет сокращение числа дискретных энер - гетических уровней . Как следствие , увеличивается ширина запрещённой зоны . Чем меньше радиус микрокри - сталла , тем шире становится запрещён - ная зона и жёстче поглощаемое излу - чение . Таким образом , Алексей Екимов и его сотрудники впервые в мире целе - направленно создали полупрово - дниковые нанокристаллы , которые демонстрировали квантовые эффекты , зависящие от их размера . Эти структу - ры , состоящие из десятков тысяч ато - мов , обладали в комплексе ярко выра - женными квантовыми свойствами со степенью свободы (0-DOF). Наибольшую известность Алексею Екимову принесла другая статья , опу - бликованная в одном из самых авто - ритетных в мире научных журналов в области физики твёрдого тела «Solid State Communications» [31]. В этой статье была более подробно описана технология выращивания полупроводниковых микрокристал - лов в стекловидной диэлектриче - ской матрице . Также были добавле - ны результаты исследований других полупроводниковых микрокристал - лов . В частности , были проанализиро - ваны полученные при криогенных температурах спектры поглощения полупроводниковых кристаллов CuCl, CdSe, CdS, CuBr, выращенных в сте - клянных матрицах . Для всех типов исследованных образцов наблюдался сдвиг экситонных линий и границы поглощения (Fundamental Absorption Edge) в зависимости от размеров микрокристаллов ( квантово - размер - ный эффект ). Кроме того , в этой статье появился ещё один автор – российский физик - теоретик Александр Эфрос , кото - рый очень элегантно интерпретиро - Увеличение ширины запрещённой зоны при уменьшении размера кристалла Квантовые точки Ширина запрещённой зоны Зона проводимости Валентная зона